Морфо-функціональні особливості кістки при введенні металевих імплантантів різного складу

Abstract

Дисертація присвячена вивченню морфофункціональних особливостей процесів остеоінтеграції металевих імплантатів різного складу та процесів перебудови віддалених ділянок кістки в різні терміни після імплантації. Вперше встановлені зміни в різних ділянках стегнової кістки при імплантації сплавів різного складу. Встановлені особливості процесів остеоінтеграції в залежності від виду сплаву та наявності гідроксиапатитного покриття. Доведені структурні зміни діафізу та дистального епіфізу в ранні та віддалені періоди після імплантації металевих простезів та прослідковані особливості змін в залежності від типу імплантату. В роботі визначені зміни хімічного складу у віддалених ділянках кістки, які викликані процесами дифузії складових компонентів імплантату та встановлений факт зменшення вивільнення елементів за умов нанесення гідроксиапатитного напилення на поверхню імплантатів. Використання гідроксиапатиту в якості покриття металевих імплантатів створює оптимальні умови для адгезії клітин на поверхні простезу та стимулює розвиток кісткової тканини, що забезпечує його оптимальну фіксацію. Визначені особливості показників мікротвердості кісткової тканини в різних ділянках органу в залежності від типу імплантату та встановлена можливість зменшення втрати міцності кістки при використанні гідроксиапатитного покриття.

Диссертация посвящена изучению морфофункциональных особенностей процессов остеоинтеграции металлических имплантатов различного состава и процессов перестройки отдаленных участков кости в разные сроки после имплантации. Впервые установлены изменения в различных участках бедренной кости при имплантации сплавов различного состава. Установлены особенности процессов остеоинтеграции в зависимости от вида сплава и наличии гидроксиапатитного покрытия. Доказаны структурные изменения диафиза и дистального епифиза в ранние и отдаленные периоды после имплантации металлических простезов и прослежены особенности изменений в зависимости от типа имплантата. В работе определены изменения химического состава в отдаленных участках кости, вызванные процессами диффузии составляющих компонентов имплантата и установлен факт уменьшения высвобождения элементов в условиях нанесения гидроксиапатитного напыления на поверхность имплантатов. Использование гидроксиапатита в качестве покрытия металлических имплантатов создает оптимальные условия для адгезии клеток на поверхности простеза и стимулирует развитие костной ткани, обеспечивает его оптимальную фиксацию. Определены особенности показателей микротвердости костной ткани в различных участках органа в зависимости от типа имплантата и установлена возможность уменьшения потери прочности кости при использовании гидроксиапатитного покрытия.

Dissertation is devoted to the study of morphological and functional features of the osseointegration of metal implants of various compositions and processes of bone remodeling at different times after the implantation. We indicate the changes in various parts of the femur after implantation of alloys of different compositions. The features of osteointegration processes depending on the type of alloy and the presence of a hydroxyapatite coating. We proved the structural changes in diaphysis and distal epiphisis in early and late periods after implantation of metal prostheses and features depending on the type of implant. We identified a change in chemical composition in different parts of the bones that caused by diffusion of components of implants, and indicated the fact of reducing the release of elements in a hydroxyapatite coating deposition on the surface of the implant. Implantation of TiVT6 alloy in distal epiphysis leads to the formation of woven bone around prosthesis and small amount of connective tissue and activation of remodeling both in periimplant area and in other parts of bone. After the implantation of KTC alloy we can observed same features of bone remodeling as well as micro-fracture of bone tissue distant from implant. β-(Ti-Zr) alloy with low Young Module leads of cortical bone formation in 3 month after implantation and mild morphological, chemical and biomechanical changes in all terms of observation. The use of hydroxyapatite as the coating of metal implants creates optimal conditions for cell adhesion on the prosthesis surface and stimulates bone growth, ensuring its optimal fixation. Optimization of osseointegration leads to lower remodeling activity, including reducing the number of Remodeling units to 3,3 ± 0,1 (p = 0.042) compared with alloys without coating and prevents the loss of calcium and bone microhardness. β-(Ti-Zr) alloy with hydroxyapatite coating prevent ‘stress-shielding’ effect and development of bone microdamages. The chemical composition of bone after the implantation of metal prosthesis characterized by loss of calcium and phosphorus in all parts of the bone. The higher difference from the control is observed for TiVT6 alloy implant - up to 35.89% (p=0.0082) and 24.58% (p=0.017), respectively, and maintained until the end of observation. Activating the bone cells around the implant caused the implant electrochemical erosion and release of ions that appear in periimplant zone and in distant areas of bone in an amount from 0.4 to 2.7% weight %. Coating the implants reduces the loss of calcium to 7.5% (p=0.045) and reduced the release of elements of implant and their migration to surrounding tissues and distant sites. We indicate the features of bone microhardness in different areas depending on the type of the implant and indicate reduce of bone strength loss using a hydroxyapatite coating.